سنتز و بررسي ويژگي‌هاي پوشش B4C بر روي سطح كربن به روش نمك مذاب با هدف كاربرد در ديرگدازهاي اكسيد-كربن

Synthesis and evolution of B4C coating on carbon particles by molten salt method for application in oxide-C refractories

ديرگدازهاي اكسيد- كربن به واسطه خواص ايده‌آل خود كاربرد ويژه اي در صنايع آهن و فولاد پيدا نموده‌اند. استفاده از فاز كربني نظير گرافيت و كربن سياه در اين نوع ديرگدازها باعث افزايش مقاومت به خوردگي در برابر سرباره و همچنين بهبود خواص ترمومكانيكي ديرگداز ميگردد. اما مقاومت اكسيداسيوني فاز كربني يكي از مشكلات اصلي در ديرگدازهاي اكسيد-كربن است كه تاكنون تلاش‌هاي زيادي در كاهش ميزان اكسيداسيون و بهبود خواص آن انجام شده است كه ميتوان به استفاده از انواع آنتي اكسيدان‌ها اشاره نمود. يكي ديگر از راهكارهاي معرفي شده، بررسي امكان ايجاد پوششي از تركيبات اكسيدي، كاربيدي و حتي نيتريدي بر روي سطح كربن است تا بتوان خواصي همچون قابليت ترشوندگي آن با هدف استفاده در جرم‌هاي ريختني سيستم اكسيد-كربن و به طبع آن افزايش مقاومت به اكسيداسيون را موجب شد. استفاده از روشهاي آسان و ارزان قيمت با راندمان بالا نظير سنتز پوششهاي كاربيدي به‌كمك بستر نمك مذاب يكي از راه حل‌هاي پيشنهاد شده است كه در خصوص تركيبات اكسيدي و كاربيدي بسيار مناسب است. در تحقيق حاضر پوشش B4C به روش نمك مذاب بر روي سطح كربن با هدف كاربرد در ديرگدازهاي اكسيد-كربن مورد بررسي و مطالعه قرار گرفته است. سنتز B4C با استفاده از B2O3 در بستر نمك MgCl2 در محدوده دمايي C ۹۵۰-۱۱۵۰ انجام شده و ويژگيهاي پوشش ايجاد شده با تغيير پارامترهايي نظير نسبت B2O3/C و دماي سنتز مورد ارزيابي قرار گرفته است. بمنظور ارزيابي فازي و ريزساختاري بكمك XRD و SEM/EDX و رفتار كربن پوشش داده شده، از تست پتانسيل زتا و آزمايش ترشوندگي كمك گرفته شده است. نتايج نشان داد با افزايش نسبت مولي B2O3/C و همچنين دماي سنتز، مقدار پوشش B4C تشكيل شده بر روي سطح كربن در اثر انحلال B2O3 در نمك مذاب و واكنش ميان يون‌هاي بور و اتمهاي كربن افزايش يافته و بهبود كيفيت پوشش از لحاظ ضخامت نيز قابل مشاهده است. نتايج حاصل از آزمايش پتانسيل زتا و ترشوندگي نيز تاكيد كننده اين امر است. با توجه به عدم انحلال كربن در نمك مذاب و واكنش يون‌هاي B با اتم هاي كربن بر روي سطح كربن سياه مي‌توان گفت كه سازوكار تشكيل B4C روي سطح ذرات كربن از نوع مكانيزم رشد الگودار است و در پايان نيز فرآيند ايجاد پوشش به‌ منظور درك بهتر بصورت شماتيكي بيان شده است.

Oxide-carbon refractories have found special application in the iron and steel industries due to their ideal properties. The use of carbon phase such as graphite and carbon black in this type of refractory increases the corrosion resistance against slag and also improves the thermomechanical properties of the refractory. However, the oxidation resistance of the carbon phase is one of the main problems in carbon oxide refractories. So far, many efforts have been made to reduce the oxidation rate and improve its properties, which can be referred to the use of various antioxidants. Another solution is to investigate the possibility of creating a coating of oxide, carbide and even nitride compounds on the carbon surface in order to have properties such as its wettability with the aim of being used in cast oxide-carbon system castings and thus increase oxidation resistance. The use of easy and inexpensive methods with high efficiency such as the synthesis of carbide coatings with the help of molten salt bed is one of the proposed solutions that is very suitable for oxide and carbide compounds. In this study, B4C coating was created by the method of synthesis of molten salt on carbon black particles. Synthesis was performed using MgCl2 salt at temperatures of 950-1150℃. The effects of B2O3/C molar ratio and synthesis temperature has been considered. XRD and SEM/EDS techniques were used for phase and microstructural analysis and wetting behavior of coated particles were analyzed sequestration behavior and zeta potential test. According to the results, it seems that with increasing the molar ratio of B2O3/C and also the synthesis temperature, the amount of B4C coating increases and the surface of black carbon particles is better covered by B4C coating, which the results of zeta potential and wettability emphasize. Due to the non-dissolution of carbon black in molten salt and the reaction of boron ions with carbon atoms on the surface of carbon black, it can be said that the mechanism of B4C formation on the surface of carbon particles is a patterned growth mechanism.